Kandidaten für Objekt in Staubscheibe um jungen Stern
Planetenentstehung live?
Planeten bilden sich in Staubscheiben um junge Sterne, die ein Überrest der Sternentstehung sind. Die Entwicklung von einer solchen Scheibe zu einem ausgewachsenen Planetensystem geht allerdings vergleichsweise schnell vonstatten, so dass man nur sehr wenige Objekte in dieser Entwicklungsphase kennt [1].
 © ESO/L. Calçada
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Ein internationales Team von Astronomen hat mit dem Very Large Telescope der ESO die kurzlebige Materiescheibe um einen jungen Stern untersucht, in der gerade ein Planetensystem entsteht. Erstmals konnte dabei ein Begleiter nachgewiesen werden, der für eine große Lücke in der Scheibe verantwortlich sein dürfte. Weitere Beobachtungen müssen zeigen, ob es sich bei dem Begleiter um einen Planeten oder um einen Braunen Zwerg handelt.
Eines davon ist T Chamaeleontis (abgekürzt T Cha), ein lichtschwacher Stern in dem kleinen Sternbild Chamaeleon am Südhimmel, 330 Lichtjahre von der Erde entfernt. T Cha ist ein sonnenähnlicher Stern, der gerade erst am Anfang seines Lebens steht [2]: er ist nur etwa 7 Millionen Jahre alt (zum Vergleich: die Sonne ist etwa 4,7 Milliarden Jahre alt). Bis jetzt hat man in solchen “protoplanetaren Scheiben” um jungen Sterne keine gerade in Entstehung befindlichen Planeten beobachten können. In weiter entwickelten Scheiben war dies dagegen bereits gelungen.
“Frühere Studien zeigen, dass T Cha ein lohnendes Ziel sein könnte, wenn man untersuchen will, wie Planetensysteme entstehen”, merkt Johan Olofsson vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg an. Er ist einer der Erstautoren von zwei Fachartikeln in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics, die die neuen Ergebnisse beschreiben. “Allerdings ist T Cha relativ weit von uns entfernt. Daher brauchten wir leistungsstarke Instrumente wie das Very Large Telescope Interferometer (VLTI), um die Details auflösen und nachweisen zu können, was in der Staubscheibe vor sich geht.”
Die Astronomen beobachteten T Cha zuerst mit dem Instrument AMBER am VLT Interferometer (VLTI) [3]. Dabei fanden sie heraus, dass ein Teil des Scheibenmaterials einen dünnen Staubring in einem Abstand von nur 20 Millionen Kilometern vom Stern gebildet hat. Hinter diesem inneren Teil der Scheibe entdeckten sie einen Bereich, der frei von Staub ist. Der äußere Teil der Scheibe beginnt bei einem Abstand von etwa 1,1 Milliarden Kilometern vom Stern.
Nuria Huélamo vom spanischen Centro de Astrobiología und von ESAC, die Erstautorin der zweiten Veröffentlichung, berichtet, wie es weiterging: “Die Lücke in der Staubscheibe um T Cha war für uns ein eindeutiger Hinweis. Offenbar hatten wir erstmals direkt beobachtet, wie ein Begleiter des Sterns sich in der protoplanetaren Scheibe eine Schneise gräbt.”
Einen schwachen Begleiter zu beobachten, der so nahe an einem viel helleren Stern steht, ist eine große Herausforderung. Um dieses Ziel zu erreichen, musste das Team das VLT-Instrument NACO in dem neuartigen, für Beobachtungen dieser Art besonders geeigneten “Sparse Aperture Masking”-Modus verwenden [4]. Nach sorgfältiger Auswertung der Daten fanden die Astronomen tatsächlich ein deutliches Signal eines Objekts in der Lücke der Staubscheibe, nahe am äußeren Scheibenrand in einer Entfernung von etwa einer Milliarde Kilometern vom Stern – das entspricht etwas mehr als dem Abstand Jupiters von der Sonne. Dies ist der erste direkte Nachweis eines Objektes, das wesentlich kleiner als ein Stern ist und sich in einer Lücke in der protoplanetaren Staubscheibe um einen jungen Stern befindet. Es gibt Hinweise darauf, dass der Begleiter kein normaler Stern sein kann [5], sondern entweder ein Brauner Zwerg [6], der von Staub umgeben ist, oder – was natürlich besonders interessant wäre – ein Planet, der sich gerade erst gebildet hat.
“Diese Studie hat auf bemerkenswerte Art und Weise die Daten von zwei verschiedenen Hochleitstungsinstrumenten am Paranal-Observatorium kombiniert. Mit zukünftigen Beobachtungen möchten wir mehr über den Begleiter und die Scheibe in Erfahrung bringen und beispielsweise die Frage klären, woher der Staub im inneren Bereich der Scheibe stammt”, schließt Huélamo.
Notizen
[1] Scheiben in der Übergangsphase werden anhand ihrer verringerten Abstrahlung im mittleren Infrarot identifiziert. Erklärt wird die geringere Abstrahlung durch Auflösung des Staubes nahe am Stern und durch die Bildung von Lücken und Löchern. Planeten, die sich gerade erst gebildet haben, können solche Lücken erzeugen; es gibt aber auch andere mögliche Entstehungsursachen.
[2] T Cha ist ein so genannter T Tauri-Stern: ein sehr junger, nach dem Prototypen T Tauri benannter Stern, der dabei ist, zu kontrahieren, in dessen Kernbereich aber noch keine Kernfusion gezündet hat.
[3] Die Astronomen verwendeten das AMBER-Instrument (AMBER steht für Astronomical Multi-BEam CombineR, wörtlich etwa "Astronomisches Instrument zur Kombination mehrerer Lichtstrahlen") am Very Large Telescope Interferometer (VLTI), das im nahen Infrarot arbeitet und Winkelauflösungen bis hinunter auf 2 Millibogensekunden erreicht, um das Licht von allen vier VLT-Hauptteleskopen zu einem virtuellen Teleskop mit 130m Durchmesser zu kombinieren. Es verfügt außerdem über moderate spektrale Auflösung. AMBER wurde von einem Konsortium aus mehreren französischen und italienischen Instituten sowie dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt und gebaut.
[4] Das Infrarotinstrument NACO besteht aus zwei Komponenten: der adaptiven Optik NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System) und CONICA (COudé Near-Infrared CAmera), einer Kombination aus Kamera und Spektrograph, die jeweils von einem französischen Konsortium und von den Max-Planck-Instituten für Astronomie in Heidelberg und für Extraterrestrische Physik in Garching in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt wurden. Mit Adaptiver Optik lassen sich Störeffekte elimieren, die durch die Erdatmosphäre verursacht werden; so wird die Schärfe astronomischer Aufnahmen signifikant verbessert.
Das Team verwendete NACO im neuartigen “Sparse Aperture Masking”-Modus (SAM), um nach dem Begleiter zu suchen. Bei dieser speziellen Interferometriemethode wird anstelle des Lichtes mehrerer Teleskope (wie beim VLTI) Licht, das auf verschiedene Teile des Spiegels eines Einzelteleskopes (in diesem Falle geht es um das VLT-Hauptteleskop 4) fällt, kombiniert. Die neue Technik eignet sich besonders gut, um lichtschwache Objekte in unmittelbarer Nähe von viel helleren zu finden. Das VLTI und AMBER sind besser geeignet um die Struktur der inneren Bereiche der Scheibe zu untersuchen, sind aber nicht ganz so empfindlich, wenn es um den direkten Nachweis eines Begleiters geht
[5] Die Astronomen suchten mit NACO in zwei verschiedenen Spektralbereichen nach dem Begleiter: einmal bei 2,2 Mikrometern und einmal bei 3,8 Mikrometern. Nachweisen ließ er sich aber nur bei der längeren Wellenlänge. Damit ist das gefundene Objekt entweder sehr kalt, was auf einen Planeten hindeutet, oder aber ein ein Staub eingehüllter Brauner Zwerg.
[6] Braune Zwerge sind ein Mittelding zwischen Sternen und Planeten. Sie haben nicht genug Masse, um in ihrem Inneren Wasserstoff zu fusionieren, sind aber, solange sie jung sind und sich noch zusammenziehen, größer als Gasplaneten wie Jupiter.
Quelle: ESO
“Frühere Studien zeigen, dass T Cha ein lohnendes Ziel sein könnte, wenn man untersuchen will, wie Planetensysteme entstehen”, merkt Johan Olofsson vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg an. Er ist einer der Erstautoren von zwei Fachartikeln in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics, die die neuen Ergebnisse beschreiben. “Allerdings ist T Cha relativ weit von uns entfernt. Daher brauchten wir leistungsstarke Instrumente wie das Very Large Telescope Interferometer (VLTI), um die Details auflösen und nachweisen zu können, was in der Staubscheibe vor sich geht.”
Die Astronomen beobachteten T Cha zuerst mit dem Instrument AMBER am VLT Interferometer (VLTI) [3]. Dabei fanden sie heraus, dass ein Teil des Scheibenmaterials einen dünnen Staubring in einem Abstand von nur 20 Millionen Kilometern vom Stern gebildet hat. Hinter diesem inneren Teil der Scheibe entdeckten sie einen Bereich, der frei von Staub ist. Der äußere Teil der Scheibe beginnt bei einem Abstand von etwa 1,1 Milliarden Kilometern vom Stern.
Nuria Huélamo vom spanischen Centro de Astrobiología und von ESAC, die Erstautorin der zweiten Veröffentlichung, berichtet, wie es weiterging: “Die Lücke in der Staubscheibe um T Cha war für uns ein eindeutiger Hinweis. Offenbar hatten wir erstmals direkt beobachtet, wie ein Begleiter des Sterns sich in der protoplanetaren Scheibe eine Schneise gräbt.”
Einen schwachen Begleiter zu beobachten, der so nahe an einem viel helleren Stern steht, ist eine große Herausforderung. Um dieses Ziel zu erreichen, musste das Team das VLT-Instrument NACO in dem neuartigen, für Beobachtungen dieser Art besonders geeigneten “Sparse Aperture Masking”-Modus verwenden [4]. Nach sorgfältiger Auswertung der Daten fanden die Astronomen tatsächlich ein deutliches Signal eines Objekts in der Lücke der Staubscheibe, nahe am äußeren Scheibenrand in einer Entfernung von etwa einer Milliarde Kilometern vom Stern – das entspricht etwas mehr als dem Abstand Jupiters von der Sonne. Dies ist der erste direkte Nachweis eines Objektes, das wesentlich kleiner als ein Stern ist und sich in einer Lücke in der protoplanetaren Staubscheibe um einen jungen Stern befindet. Es gibt Hinweise darauf, dass der Begleiter kein normaler Stern sein kann [5], sondern entweder ein Brauner Zwerg [6], der von Staub umgeben ist, oder – was natürlich besonders interessant wäre – ein Planet, der sich gerade erst gebildet hat.
“Diese Studie hat auf bemerkenswerte Art und Weise die Daten von zwei verschiedenen Hochleitstungsinstrumenten am Paranal-Observatorium kombiniert. Mit zukünftigen Beobachtungen möchten wir mehr über den Begleiter und die Scheibe in Erfahrung bringen und beispielsweise die Frage klären, woher der Staub im inneren Bereich der Scheibe stammt”, schließt Huélamo.
Notizen
[1] Scheiben in der Übergangsphase werden anhand ihrer verringerten Abstrahlung im mittleren Infrarot identifiziert. Erklärt wird die geringere Abstrahlung durch Auflösung des Staubes nahe am Stern und durch die Bildung von Lücken und Löchern. Planeten, die sich gerade erst gebildet haben, können solche Lücken erzeugen; es gibt aber auch andere mögliche Entstehungsursachen.
[2] T Cha ist ein so genannter T Tauri-Stern: ein sehr junger, nach dem Prototypen T Tauri benannter Stern, der dabei ist, zu kontrahieren, in dessen Kernbereich aber noch keine Kernfusion gezündet hat.
[3] Die Astronomen verwendeten das AMBER-Instrument (AMBER steht für Astronomical Multi-BEam CombineR, wörtlich etwa "Astronomisches Instrument zur Kombination mehrerer Lichtstrahlen") am Very Large Telescope Interferometer (VLTI), das im nahen Infrarot arbeitet und Winkelauflösungen bis hinunter auf 2 Millibogensekunden erreicht, um das Licht von allen vier VLT-Hauptteleskopen zu einem virtuellen Teleskop mit 130m Durchmesser zu kombinieren. Es verfügt außerdem über moderate spektrale Auflösung. AMBER wurde von einem Konsortium aus mehreren französischen und italienischen Instituten sowie dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt und gebaut.
[4] Das Infrarotinstrument NACO besteht aus zwei Komponenten: der adaptiven Optik NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System) und CONICA (COudé Near-Infrared CAmera), einer Kombination aus Kamera und Spektrograph, die jeweils von einem französischen Konsortium und von den Max-Planck-Instituten für Astronomie in Heidelberg und für Extraterrestrische Physik in Garching in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt wurden. Mit Adaptiver Optik lassen sich Störeffekte elimieren, die durch die Erdatmosphäre verursacht werden; so wird die Schärfe astronomischer Aufnahmen signifikant verbessert.
Das Team verwendete NACO im neuartigen “Sparse Aperture Masking”-Modus (SAM), um nach dem Begleiter zu suchen. Bei dieser speziellen Interferometriemethode wird anstelle des Lichtes mehrerer Teleskope (wie beim VLTI) Licht, das auf verschiedene Teile des Spiegels eines Einzelteleskopes (in diesem Falle geht es um das VLT-Hauptteleskop 4) fällt, kombiniert. Die neue Technik eignet sich besonders gut, um lichtschwache Objekte in unmittelbarer Nähe von viel helleren zu finden. Das VLTI und AMBER sind besser geeignet um die Struktur der inneren Bereiche der Scheibe zu untersuchen, sind aber nicht ganz so empfindlich, wenn es um den direkten Nachweis eines Begleiters geht
[5] Die Astronomen suchten mit NACO in zwei verschiedenen Spektralbereichen nach dem Begleiter: einmal bei 2,2 Mikrometern und einmal bei 3,8 Mikrometern. Nachweisen ließ er sich aber nur bei der längeren Wellenlänge. Damit ist das gefundene Objekt entweder sehr kalt, was auf einen Planeten hindeutet, oder aber ein ein Staub eingehüllter Brauner Zwerg.
[6] Braune Zwerge sind ein Mittelding zwischen Sternen und Planeten. Sie haben nicht genug Masse, um in ihrem Inneren Wasserstoff zu fusionieren, sind aber, solange sie jung sind und sich noch zusammenziehen, größer als Gasplaneten wie Jupiter.
Quelle: ESO
